集成直流稳压电源设计-实验报告.docx
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电 子 电 工 教 学 基 地
综合设计实验报告
实验课程:
模电实验
实验名称:
集成直流稳压电源的设计姓名:
李光磊
学号:
11211108
9/11
一、设计题目
集成直流稳压电源的设计
二、设计目的及要求
1、设计目的
(1)掌握集成稳压电源的实验方法。
(2)掌握用变压器、整流二极管、滤波电容和集成稳压器来设计直流稳压电源。
(3)掌握直流稳压电源的主要性能参数及测试方法。
(4)进一步培养工艺素质和提高基本技能。
2、设计要求
(1)设计一个双路直流稳压电源。
(2)输出电压Vo=±12V,+5V最大输出电流Iomax=1A
(3)输出纹波电压ΔVop-p≤5mV,稳压系数Sv≤5×10-3。
三、总电路框图及总原理图。
稳压电路输出波形
滤波电路输出波形
整流电路输出波形
变压器输出波形
整流电路
Uo
Ui
稳压电路
滤波电路
电源变压器
~220V
50Hz
图2-1直流稳压电源的原理框图和波形变换
图2-2实验电路图
四、设计思想及基本原理分析
本实验基本设计思想是根据设计要求,从后向前依次设计电路。
小功率稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分电路组成。
变压器将220V电压转换为所需低电压,整流桥可将正负交流电转换为只有正向,而滤波电路通过利用电容充放电的功能使电压趋向于平滑。
最后再由三端稳压器,使输出电压稳定为所需值。
设计过程根据要求选择三端稳压器。
确定电源变压器副边电压 V2的值根据稳压器的输入电压和桥式整流滤波电路的电压关系,设计、计算出变压器付边的电压值。
滤波电容的选用可根据技术要求和电网变化情况,设计、计算其电容量和耐压值,然后查有关手册选定电容的标称值和耐压值以及电容型号。
桥式整流二极管的型号确定根据桥式整流和电网变化情况,计算或估算出二极管的最高反向电压 VRM和最大工作电流Iomax,再查有关手册确定所选用的二极管型号。
电源变压器的选择 根据付边电压和输出电流选择变压器。
五、单元电路分析,元件介绍和元件参数计算。
三端集成稳压器稳压
1)电路分析:
输出正电压电路
输出负电压电路
稳压原理:
将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。
早期的集成稳压器外引线较多,现在的集成稳压器只有三个:
输入端、输出端和公共端,称为三端集成稳压器。
W78XX是一个串联型直流稳压电源,并且自己内部电路中带有过流保护和过热保护。
三端稳压器基本应用如上图,电路中电容𝐶𝑖作用是抵消长线电感效应,消除自激振荡;
𝐶𝑂作用是消除高频噪声,改善负载的瞬态响应。
正常工作时,输入、输出的电压差至少要大于2V,对于输入电压𝑈𝐼的要求要视具体型号而定。
固定式三端集成稳压器有正稳压
(W78XX)和负稳压(W79XX)两个系列,型号后两位数字表示输出电压值。
由于集成式稳压芯片具有较完善的短路和限流保护、过热保护和调整管安全工作区保护电路,因而工作是比较稳定的,电路也相对比较简单。
为了使电路正常工作,要求输入电压应比输出电压自少高出2.5V~3V。
电容C1可防止自击振荡,还可抑制电源的高频脉冲干扰,一般取0.1~1uF。
输出端电容C2可以改善负载的瞬态响应,消除电路的高频噪声,同时也具有消除自击振荡的作用。
C2为了达到较好的效果还可以取更大的值,但是在稳压管输出端断开时, C2会通过稳压器放电,易造成稳压器损坏作用,为此,可接一个二极管起保护作用,如下图。
2)元件介绍:
三端集成稳压器
L78、79系列集成稳压器是一种有广泛用途的三端集成稳压器。
W78系列三端集成稳压电路具有固定输出正电压,L79系列三端集成稳压电路具有固定输出负电压。
这两个系列稳压器都具有较完善的短路和限流保护、过热保护和调整管安全工作区保护电路,因而他的工作是比较可靠的。
字母后面的数字表示输出电压,电压等级:
5V、6V、8V、12V、15V、18V、24V 。
如设计一个输出±12V,最大电流1A的线性直流稳
压电源,选择L7812、L7912。
实物示意图以及管脚接法
3)参数计算:
Ui≈[U0,max+(Ui-U0)min]/0.9(Ui-U0)min=3,U0,max=12,
Ui≈16.7V
散热器Ui,max=1.1×1.1×U2=18.36ΔUmax=Ui-U0=13,36
Pmax=ΔUmaxI=13.36W
滤波电路
1)电路分析:
交流电经整流电路后可变为脉动直流电,但其中含有较大的交流分量,为使设备上用纯净的交流电,还必须用滤波电路滤除脉动电压中的交流成分。
常见的滤波电路有:
电容滤波电路、电感滤波电路、电感电容滤波电路以及 P型滤波电路。
在此电路中,由于电容滤波电路电路较为简单、且能得到较好的效果,故选用此电路。
在加入电容滤波电路后,由于电容是储能元件,利用其充放电特性,使输出波形平滑,减少脉动成分,以达到滤波的目的。
为了使滤波效果更好,可选用大容量的电容为滤波电容。
应为电容放电的时间常数越大,放电过程越慢,脉动成分越少,同时使得电压更高。
滤波电容一般选几十至几千微法的电解电容,一般选C=(3~5)T/2RL,耐压≥(1.5~2)U2
2)参数计算:
Uo≈1.2UiUi≈16.7/1.2=13.9
C=(3~5)T/2RL,耐压≥(1.5~2)U2
输出最大电流为1A,故可估算出RL范围,取RL为18W,C取2.2mF ,耐压值
≥23.2V
整流电路
1)电路分析
整流电路一般由单项导电性的二极管构成,经常采用单项半波、单项全波和单向桥式整流电路。
如图2-2所示的整流电路为应用广泛的桥式整流电路。
电路中采用了
4个二极管,组成三项桥式整流电路。
整流过程中,4个整流管轮流导通,无论正半周还是负半周,流过负载的电流方向一致,形成全波整流,将变压器楚楚的交流电压变成了脉动直流电压。
整流电路图
2)元件介绍
全桥的正向电流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A等多种规格,耐压值
(最高反向电压)25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多
种规格。
长脚对应1。
3)参数计算
22
输出电压平均值:
Uo(AV)=p
U2=13.9/0.9=15.4V
U2»0.9U2
输出电流平均值:
I
o(AV)
=Uo(AV)
RL
»0.9U2
RL
平均整流电流:
I
D(AV)
»0.45U2
R
最大反向电压:
URM=
URM=21.8V
L
2U2
整流二极管的选择:
I
>0.451.1U2,
R
F
L
UR>1.1
2U2
经计算,1A,25V规格的整流桥可以满足要求。
电源变压器
1)电路分析
电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需的低电压。
由于输出有±12V,因此变压器择双输出,如下图。
2)参数计算
由于U2=15.4V,所以匝数比为220:
15:
15,又电流最大为1A,所以选择功率为30W。
六、测试结果分析,调试过程中所遇故障的分析。
输出端正电压Uo1=11.91V Uo2=5.05V
输出端负电压Uo3=-12.05V
输出纹波电压(正)ΔUop-p1=5.0mVΔUop-p2=0.06mV
(负)ΔUop-p3=0.78uV
所遇故障分析:
测试过程中发现,Uo3=-20.08V而非预期的-12V。
通过测量三端稳压器的输入端发现与输入端的电压值相同,怀疑LM7912在焊接过程
中损坏,因此换了一个LM7912。
经过检查发现用来保护LM7912的二极管正负极接反了。
检查电路图时,发现当时设计时没有注意到输出端断开时,电容放电的流向,而使二极管接反。
把二极管换了方向后,重新测量,输出约为-12V。
七、设计过程的体会与创新点,建议
设计过程中发现思维的逻辑性很重要,这次试验是通过给出设计指标,然后设计出符合要求的电源。
而由稳压电源的特点可以看出应当从后向前设计,这样在设计过程中才能有条不紊。
考虑到电源输出端断开时,电容放电,因此我们在设计过程中加入了保护三端稳压器的二级管。
在焊电路与调试过程中难免出现错误,寻找错误很需要耐心。
当出现问题时,我们用示波器分别测量电路单元的电压值,这样很快就找到了问题所在。
实际操作中分析问题,解决问题的能力比较重要。
理论联系实际是很重要,平时我们知识钻研在书本上,感觉将书上的知识弄明白,会做题就可以了。
更重要的是我们要在学习的过程中,掌握分析问题的方法,解决问题的能力,这才是我们学习知识的本质。
只有理论与动手相结合,才能将知识学透。
最后希望老师举出一些同学们常常犯的错误的例子,使大家在设计过程中尽量避免。
八、原件清单
名称
型号
数量
备注
变压器
15V/30W
1
整流电桥
1
电容
220uF
3
耐压25V
1000uF
2
耐压25V
330nF
2
耐压25V
100nF
2
耐压25V
稳压集成器
7805
1
7912
1
7812
1
电路板
单联板
1
插头
1
九、仿真报告
空载时:
11/
11
Uo1=12.01V,Uo2=-12.551V;Uo3=-5.003V;
参考文献
[1]李金平,路勇,延凤平.模拟集成电路基础[M].北京:
北方交通大学出版社,2003.
[2]侯建军,佟毅,刘颖,等.电子技术基础实验、综合设计实验与课程设计[M].北京:
高等教育出版社,2007.
[3]路勇,刘颖模拟集成电路基础[M].北京:
中国铁道出版社.2010
.
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- 关 键 词:
- 集成 直流 稳压电源 设计 实验 报告